Bagaimanakah Kita Mengetahui Bentuk Galaksi Bima Sakti dari Dalamnya?

Gambar galaksi berpilin sering memperlihatkan pusat yang terang dengan beberapa lengan berpilin yang melengkung di sekelilingnya. Kita boleh melihat struktur ini pada galaksi yang jauh kerana kedudukan kita berada di luar galaksi tersebut. Namun, keadaan berbeza bagi Galaksi Bima Sakti, tempat Sistem Suria berada.

Dari Bumi, kita melihat sebahagian besar bintang Bima Sakti sebagai jalur cahaya yang merentasi langit malam, dan kita tidak dapat mengambil gambar keseluruhan galaksi dari atas seperti yang dilakukan terhadap galaksi lain. Walaupun begitu, ahli astronomi telah membina peta struktur Bima Sakti menggunakan pelbagai jenis pemerhatian.

Mengapa Bima Sakti sukar dipetakan?

Bayangkan anda berada di tengah sebuah hutan yang sangat luas. Anda boleh melihat pokok berhampiran, tetapi sukar mengetahui bentuk keseluruhan hutan kerana pandangan dihalang oleh pokok lain. Masalah yang hampir serupa berlaku ketika kita cuba memetakan Bima Sakti.

Sistem Suria berada dalam cakera galaksi yang mengandungi bintang, gas dan habuk. Habuk antara bintang menyerap dan menyerakkan sebahagian cahaya tampak, menyebabkan banyak kawasan galaksi sukar diperhatikan menggunakan teleskop optik. Tambahan pula, objek yang kelihatan berdekatan di langit tidak semestinya berada pada jarak yang sama, kerana dua bintang mungkin kelihatan bersebelahan walaupun salah satunya terletak jauh di belakang yang lain. Oleh itu, kedudukan objek pada imej langit sahaja tidak mencukupi untuk menghasilkan peta tiga dimensi, dan ahli astronomi perlu mengetahui arah serta jarak objek tersebut.

Gelombang radio menembusi kawasan berhabuk

Salah satu kaedah penting untuk mengkaji struktur Bima Sakti ialah astronomi radio. Gas hidrogen neutral yang tersebar antara bintang boleh menghasilkan gelombang radio dengan panjang gelombang kira-kira 21 sentimeter, dan gelombang ini dapat merentasi banyak kawasan berhabuk yang menghalang cahaya tampak. Dengan menggunakan teleskop radio, ahli astronomi boleh mengesan pancaran hidrogen dari pelbagai arah di langit.

Mereka juga mengukur perubahan frekuensi pancaran tersebut akibat pergerakan gas relatif kepada pemerhati, iaitu kesan Doppler. Maklumat tentang arah, kekuatan pancaran dan halaju gas membantu ahli astronomi mengenal pasti taburan gas dalam galaksi. Walau bagaimanapun, halaju gas tidak memberikan jarak yang unik dalam semua keadaan. Penukaran halaju kepada jarak memerlukan model pergerakan galaksi dan boleh menghasilkan lebih daripada satu kemungkinan jarak, maka peta gas yang dibina melalui kaedah ini perlu ditafsirkan bersama pemerhatian lain.

Kawasan pembentukan bintang menjadi petunjuk

Lengan berpilin galaksi sering mengandungi awan gas yang padat dan kawasan pembentukan bintang. Bintang muda yang sangat panas serta kawasan gas di sekelilingnya boleh digunakan untuk menelusuri sebahagian struktur lengan tersebut. Sesetengah kawasan pembentukan bintang juga menghasilkan pancaran radio yang sangat kuat pada frekuensi tertentu, dan pancaran ini dikenali sebagai maser astronomi.

Dengan menggunakan beberapa teleskop radio yang terpisah pada jarak yang jauh, ahli astronomi dapat mengukur kedudukan sumber maser dengan ketepatan tinggi. Pemerhatian berulang membolehkan perubahan kedudukan ketara akibat paralaks diukur, dan daripada sudut paralaks tersebut, jarak kawasan pembentukan bintang dapat ditentukan. Apabila jarak bagi banyak kawasan diketahui, kedudukannya boleh diplotkan pada peta galaksi.

Kajian Reid dan rakan-rakan pada tahun 2019 menghimpunkan dan menganalisis kira-kira 200 pengukuran paralaks serta gerakan wajar sumber maser untuk membina model struktur Bima Sakti. Hasilnya menyokong model yang mempunyai empat lengan berpilin utama yang ditelusuri oleh kawasan pembentukan bintang, bersama beberapa segmen dan cabang tambahan.

Cahaya inframerah memberikan gambaran berbeza

Teleskop inframerah membantu ahli astronomi mengkaji bintang yang sukar dilihat dalam cahaya tampak. Sebahagian panjang gelombang inframerah kurang terjejas oleh habuk berbanding cahaya tampak, maka pemerhatian inframerah boleh mendedahkan taburan bintang dalam kawasan galaksi yang terlindung. Analisis pemerhatian inframerah menggunakan Teleskop Angkasa Spitzer yang dilaporkan pada tahun 2008 menunjukkan bahawa taburan bintang Bima Sakti didominasi oleh dua lengan utama, iaitu Scutum-Centaurus dan Perseus, selain struktur lengan lain yang mengandungi gas dan kawasan pembentukan bintang.

Adakah keputusan ini bercanggah dengan model empat lengan?

Tidak semestinya. Pemerhatian inframerah yang menelusuri taburan bintang dan pemerhatian radio yang menelusuri gas atau kawasan pembentukan bintang tidak mengukur perkara yang sama. Sesebuah lengan mungkin sangat jelas dalam peta gas tetapi kurang menonjol dalam peta taburan bintang. Perbezaan ini menunjukkan bahawa struktur galaksi tidak boleh diterangkan sepenuhnya menggunakan satu jenis pemerhatian sahaja.

Di manakah kedudukan Matahari?

Berdasarkan pemetaan astronomi, Matahari berada dalam cakera Bima Sakti, jauh daripada pusat galaksi. Kedudukannya berkaitan dengan struktur yang dikenali sebagai Lengan Orion, di antara kawasan lengan Sagittarius dan Perseus. Namun, kedudukan serta bentuk terperinci struktur setempat ini terus diperhalus apabila data baharu diperoleh.

Peta Bima Sakti yang sering dipaparkan dalam buku atau laman astronomi merupakan hasil gabungan pengukuran dan pemodelan, bukan gambar keseluruhan galaksi yang dirakam oleh kamera dari luar. Perbezaan ini penting kerana peta saintifik menunjukkan tafsiran terbaik berdasarkan bukti yang tersedia, termasuk bahagian yang masih mempunyai ketidakpastian.

Bagaimanakah ahli astronomi menguji ketepatan peta Bima Sakti?